LAUREÁTI NOBELOVY CENY

GEORG VON BÉKÉSY

(1899–1972)

Syn uherského šlechtice Alexandra von Békésyho a jeho ženy Pauly rozené Mazalyové se narodil 3. června 1899 v Budapešti a útlé dětství tam prostonal. Rodinný lékař byl v koncích. V posledním pokusu doporučil chlapci změnu podnebí, čemuž otec diplomat snadno vyhověl a hned na jeho první misi v Mnichově se György úplně uzdravil. „Naneštěstí, když mi to vyprávěli, pojal jsem k veškerému lékařství nedůvěru na celý život. Je to vážná věc, být v pozdějších letech jako vědec zapleten do medicíny a nevěřit jí.“ (My Experiences in Different Laboratories. Fizikai Szemle 1999; 49 (5): 166–173). V Mnichově obdivoval György takové moderní vymoženosti jako automatický telefon, zavedený v roce 1900. Školy navštěvoval zde i v dalších otcových působištích Cařihradu, Budapešti, odkud ve kvintě gymnázia přešel na soukromou školu v Curychu a v roce 1916 tam maturoval. Při svém hudebním nadání pomýšlel na dráhu koncertního pianisty, dal však přednost přírodním vědám: v letech 1916–1920 studoval chemii na univerzitě v Bernu, kde otec sloužil jako maďarský chargé d’affaires, a v roce 1921 dosáhl György von Békésy hodnosti bakaláře.

Pak se vrátil do poválečné vlasti, poznamenané zhroucením monarchie a ztrátou většiny uherských zemí, aby přispěl k jejímu zotavení. Po krátké vojenské službě studoval na budapešťské univerzitě fyziku, během studií se zabýval interferenční mikroskopií a po dosažení titulu Ph.D. v roce 1923 se pokoušel uplatnit v oboru optiky, avšak marně. Hledal tedy aspoň dobře vybavenou výzkumnou laboratoř, kde by zkoumal cokoli a třeba i zadarmo, načež zjistil, že takovou laboratoř má pouze Maďarská pošta a ta s fyzikem ani nepočítá. Přesto však tu pro Békésyho našli místo se skrovným platem, zato vlídným zacházením, odkud se v následujícím bezmála čtvrtstoletí vzdálil jen na stáž v letech 1926–1927 u inženýra Karla Küpfmüllera v ústřední laboratoři jednoho ze středisek vývoje telekomunikace, akciové společnosti Siemens & Halske v Berlíně.

Maďarskem procházelo několik linek tehdejší evropské telefonní sítě, poruchy na jeho území měly tedy mezinárodní dosah. Vláda požádala poštovní laboratoř o posouzení, který prvek sítě – sluchátka, kabely či mikrofony – je třeba zdokonalovat především. Tehdy byly mezinárodní telefonní linky v obvodu uzavřeném s jiným městem testovány srovnáváním vstupní voltáže řady čistých tónů vysílaných z Budapešti s výstupní voltáží při návratu. Každé měření trvalo mnoho minut až hodin a Békésy pozorně sledující všechno, co se na linkách dělo, vyslechl spoustu hovorů i nezbytného cvakání při spojování i rozpojování stanic. Zvuk tohoto cvakání nebyl pokaždé stejný: Békésy vypozoroval souvislost se stavem linky. Z vědomí, že každé cvaknutí je shlukem zvuků širokého spektra kmitočtů a že ladění struny ověříme drnknutím rychleji než tahem smyčce, zrodil se jeho nápad užít cvaknutí jako zkušební signál. Békésy tak vynalezl metodu rychlého testování telefonních linek, které tím zkrátil z hodin na vteřinu. Na vládní otázku našla jeho práce odpověď, že nejslabším článkem telefonní sítě jsou membrány sluchátek, zkreslující vibrace mnohem více než bubínek lidského ucha.

Toto srovnání obrátilo zájem Békésyho ke studiu sluchového ústrojí, jehož anatomie byla tehdy už podrobně prozkoumána, fyziologové však dosud tápali ve výkladu některých fází procesu vnímání zvuku, z čehož muzikálního Békésyho znepokojovala zejména otázka rozeznávání výšky tónů. Podle Helmholtzovy rezonanční teorie je každé vlákno bazilární membrány hlemýždě vnitřního ucha vyladěno na svou frekvenci, znějícím tónem téže frekvence je rozkmitáno a odvozený nervový vzruch je sluchovým nervem přenášen do mozku. Tato teorie byla všeobecně přijímána, v pokusech o její ověření však Helmholtz, Corti i další s technikou preparace odlamováním skalní kosti ztroskotávali na neodvratných deformacích blanitého labyrintu, který navíc během preparace vysychal a ztrácel přirozené mechanické vlastnosti, což výsledkům ubíralo na věrohodnosti.

Békésyho tyto nedobré zkušenosti neodradily, neboť vynalezl metodu rychlé a nedestrukční preparace hlemýždě. Fyzik bez lékařského vzdělání sbíral vědomosti a dovednosti v pitevnách. Na základě poznatku, že v prostředí se stoprocentní vlhkostí lze ušní tkáně po dostatečně dlouhou dobu uchovat prakticky neporušeny, vynalezl preparaci ve vodní lázni. Pro tuto potřebu vyvinul podvodní mikroskop, a protože převažujícím pokusným materiálem byl drobounký sluchový orgán morčete, vyvinul mikrochirurgické nástroje pro šetrnou práci ve vnitřním uchu i drobných živočichů. Odlamování kosti nahradil odbrušováním vysokorychlostní vrtačkou, přičemž protékající voda neustále odplavovala odvrtaný kostní prach. Dokázal tak šetrně otevřít bezmála celý závit při vrcholu hlemýždě a přímému pozorování ve stroboskopickém světle zpřístupnit značný úsek bazilární membrány poprášené stříbrem. V roce 1928 prokázal, že bazilární membrána vibruje v postupující vlně, přičemž vždy je amplituda vibrace v jednom místě nejvyšší. Dále prokázal, že poloha maxima vibrace závisí na jejím kmitočtu: vyšší frekvence blíže k bázi, nižší frekvence blíže k vrcholu hlemýždě. György von Békésy tak na základě vlastních výzkumů vytvořil místní teorii rozeznávání výšky tónů: oscilace báze třmínku v oválném okénku působí výkyvy tlaku perilymfy a ty vytvářejí na bazilární membráně putující vlnu. V místě vrcholu vlny, jehož poloha odpovídá kmitočtu oscilací, je bazilární membrána nejvíce vyklenuta a smyslové buňky Cortiho ústrojí nejvíce ohnuty a podrážděny, každý kmitočet tak dráždí svou skupinu smyslových buněk. Nikoli rezonance, nýbrž deformace bazilární membrány tedy aktivuje receptory.

V téže době zároveň stále řešil problémy kvality telefonního přenosu (Über den Einfluss der nichtlinearen Eisenverzerrungen auf die Güte und Verständlichkeit eines Telephonie-Übertragungssystemes. Elektr Nachr-Tech 1928; 5: 231–246) a vypracoval akustické plány studia právě zřízeného Maďarského rozhlasu.

Jednou Békésy sháněl článek Ludwiga Macha o přístroji, nazývaném dnes Mach-Zehnderův interferometr, a náhodou přitom narazil na práci jeho otce Ernsta Macha, rodáka z Chrlic u Brna, profesora a rektora Karlo-Ferdinandovy univerzity v Praze, velkého teoretického fyzika a pozoruhodného filozofa. Předmětem této práce Ernsta Macha byly útlumové reakce ve zrakové soustavě a Békésy nad ní začal uvažovat, že Machovy zákony mohou platit i pro sluch. Fyzikální vyšetřování mechanických vlastností ucha ho utvrzovalo v přesvědčení, že i za ostrost rozlišování výšky tónů musí odpovídat nějaký druh nervového zostřujícího mechanismu. Svá první zkoumání možné úlohy útlumu u sluchu zveřejnil už v roce 1928 v práci o vibraci bazilární membrány hlemýždě vnitřního ucha (Zur Theorie des Hörens; die Schwingungsform der Basilarmembran. Phys Z 1928; 29: 793–810).Tímto článkem položil základy soustavného studia postranního útlumu, rozšířeného později i na kožní čití, vidění a chuť.

Po jmenování soukromým docentem budapešťské univerzity v roce 1932 prováděl své výzkumy jak v poštovní, tak i v univerzitní laboratoři. Zabýval se problémy akustiky hudebních síní jak teoreticky (Über die Hörsamkeit von Konzert- und Rundfunksalen. Elektr. Nachr. Tech. 1934; 11: 369–375), takprakticky (v roce 1935 navrhl akustické řešení Studia 6 pro orchestrální koncerty). V letech 1939–1946 přednášel na budapešťské univerzitě jako mimořádný (1939) a řádný (1940) profesor experimentální fyziky, přičemž i tehdy pokračoval ve výzkumné práci pro poštu.

V roce 1946 se však rozhodl poválečné Maďarsko opustit, aby se už nikdy nevrátil. Přijal pozvání ze stockholmského Karolinského institutu k práci u neurofyziologa Yngveho Zottermana, badatele v oblasti smyslového vnímání. V roce 1947 tam sestrojil nový typ audiometru ovládaného vyšetřovanou osobou pomocí tlačítka, jímž tlumí sílu čistého tónu o pomalu se měnícím kmitočtu. Tato sluchová zkouška (Békésyho audiometrie) slouží k určování stupně hluchoty, k rozlišování mezi poruchami sluchu kochleárního a nervového původu, její princip je však využíván i mimo obor akustiky, například při určování změn citlivosti oka při adaptaci na tmu.

V roce 1947 odešel György (ve světě pak častěji Georg) von Békésy do USA na Harvardovu univerzitu, když ho do tamní psychoakustické laboratoře pozval její zakladatel a přednosta Stanley Smith Stevens. Békésy tu nejprve dokončil měření základních biomechanických vlastností vnitřního ucha a na jejich podkladě pak sestrojil zvětšený model hlemýždě, sestávající z vodou naplněné plastové trubice přepažené membránou 30 centimetrů dlouhou; pohyb pístu (vibrátoru) na jednom konci vytvářel vlny putující podél membrány. Cortiho ústrojí simuloval Békésy jednoduše vlastním předloktím položeným podélně na trubici. Ačkoli vlny putovaly podél celé délky membrány s téměř stejnou amplitudou a ve stroboskopickém světle byla patrna vibrace celého předloktí, on sám cítil vibraci jen v jednom dvou- až třícentimetrovém úseku, jehož poloha v trubici závisela na frekvenci vibrátoru. Opět jako před léty usoudil, že cítí jen vrchol putujících vln, že potlačení vnímání podnětu kolem vrcholu je důsledkem nervového útlumu a že podobně je podnět vnímán i orgánem Cortiho.

Békésyho spisy o hlavních výsledcích vlastního studia sluchu v letech 1928–1958 byly vydány v roce 1960 v jednom svazku (Experiments in Hearing. Translated and edited by E. G. Wever. New York: McGraw-Hill Book Co. 1960).

„Za své objevy fyzikálního mechanismu stimulace v ušním hlemýždi“ dostal Georg von Békésy v roce 1961 jako první fyzik Nobelovu cenu za fyziologii nebo lékařství. Na slavnosti ve Stockholmu 10. prosince 1961 vyzvedl v úvodním projevu neurofyziolog Carl Gustaf Bernhard z Karolinského institutu jedinečnost díla, v němž se fyzika pojí s anatomií. Zdůraznil, že Békésyho objevy jsou základem našeho chápání hlemýždě jako analyzátora frekvence. V závěru vyjádřil uspokojení, že laureát splňuje Nobelovo přání, aby cena byla udělována za vynikající objevy, které jsou výsledkem práce jednoho jediného vědce. O den později v nobelovské přednášce hovořil laureát o tom, že přírodu nelze lidskou fantazií překonat a že člověk by se měl od přírody učit. Zmínil se o své práci v telefonních službách, která ho přivedla k uchu jako životnímu tématu, o zkoumání skutečného hlemýždě a pokusech s jeho modelem, který prokázal funkci frekvenčního analyzátoru následně zostřujícího vnímání nervovým útlumem. Hovořil i o svých výzkumech analogií mezi uchem, kůží a okem a vyslovil názor, že možná není daleko doba, kdy tyto tři smyslové orgány, dosud v učebnicích fyziologie ostře oddělované, budou mít některé kapitoly společné (Concerning the Pleasures of Observing, and the Mechanics of the Inner Ear. In: Nobel Lectures, Physiology or Medicine, 1942–1962. Elsevier 1964: 722–746).

Blížícímu se penzionování předešel v roce 1966 odchodem z Harvardu, vydal souhrn svého dosavadního díla (Sensory Inhibition. Princeton: Princeton University Press 1967) a přijal pozvání na Havajskou univerzitu v Honolulu, kde ho jmenovali profesorem věd o smyslech a zřídili mu zvláštní laboratoř, jejíž provoz spolufinancovala Havajská telefonní společnost. Výzkumný program laboratoře odrážel rozšíření Békésyho zájmu z původního studia sluchu na obecné vlastnosti smyslů, zejména hmatu a chuti. Denně prodléval v laboratoři od devíti ráno do deseti večer. Také si zde dopřával potěšení z bezprostředního kontaktu s polynéským uměním. Bezdětný starý mládenec zůstal prostým a skromným člověkem stranícím se reflektorů. Dával přednost samotě, protože „soustředit se na jeden obor můžete, jen když jste do jisté míry osamělí.“ Do konce si zachoval posedlost dvěma věcmi: zkoumáním lidského ucha a sběratelstvím primitivního umění. Spojení obou vášní bylo u něho logické, hledání pravdy a láska k umění šly v jeho životě a díle ruku v ruce. O svém prvním setkání s ústrojím Cortiho napsal: „Pod stereoskopickým mikroskopem jsem vnitřní ucho shledal tak krásným, že jsem se rozhodl právě u tohoto problému setrvat. Byla to krása a radost z krásy, co mě k uchu připoutalo.“ Námětem jeho poslední práce o postranním útlumu jsou obrysové a kontrastové efekty v orientálním umění, jehož velkým ctitelem se na Havaji stal (Compensation Method to Measure the Contrast Produced by Contours. J Opt Soc Am 1972; 62: 1247–1251).

Zemřel v Honolulu 13. června 1972 ve věku třiasedmdesáti let. Nekrolog ve Washington Post 16. června 1972 označil jeho dílo za vědecký základ pokroků v léčbě hluchoty a obrovský příspěvek poznání akustiky. Šest měsíců nato oznámila Medical Tribune, že Georg von Békésy odkázal Nobelově nadaci svou sbírku uměleckých děl v hodnotě 400 000 dolarů, desetkrát převyšující jeho Nobelovu cenu. Dne 9. prosince 1974 pak Nobelova nadace zpřístupnila sbírku veřejnosti. Posmrtně vyšel Békésyho článek o citlivosti smyslových orgánů (Sense Organs and Their Sensitivity. Adv ORL 1973; 19: 1–30), autobiografická črta (Some Biophysical Experiments from Fifty Years Ago. Ann Rev Physiol 1974; 36: 1–16) a úvod oddílu o sluchové soustavě v mnohasvazkové kolektivní práci o fyziologii smyslů (Keidel WD, Neff WD. (eds.) Auditory Systems, Handbook of Sensory Physiology V/l. Berlin: Springer Verlag 1974; 1–8).

MUDr. Pavel Čech

Kabinet dějin lékařství 3. LF UK

Ruská 87, 100 00 Praha 10

e-mail: pavel.cech@lf3.cuni.cz